浅谈溶洞地质隧道施工技术措施

溶洞地质对隧道施工具有洞顶地表塌陷、洞穴坍塌及充填物、水害、洞害等不利影响。特别是在深埋充填型、高压富水等溶洞的建设施工中,往往容易发生涌砂、突泥及大型突水事故。因此,在隧道工程施工建设中,强化对溶洞地质施工技术措施的研究十分重要。本文结合自身经验,提出了在溶洞地质施工建设隧道的有关措施。     

释能降压工法在高压富水岩溶隧道风险规避中的应用研究

 宜昌—万州(宜万)铁路马鹿箐隧道DK255+978 m通过一高压富水隐伏溶腔(水压高达160 m、水量高达1×106 m3),先后发生多达19次的突涌水(泥)灾害事故。基于隐伏溶腔水量大、水压高、泥沙含量高、破坏力极强,没有先兆、具有突发性与间歇性,兼具延滞性和突发性矛盾等特征,依托溶隙、脉管及填充物由于压力差从渗流扩大呈汇流,袭夺周围脉管和溶隙的地下水,溶腔地下水潜蚀充填物封堵而集中释放的溶腔溃水机制,界定排或堵等防治措施的适应性,研究认为,对高压富水隐伏岩溶隧道,必须采用释能降压原理,释放溶腔所存储的能量,降低水土压力对隧道的稳定性影响,避免隐伏溶腔的高压作用产生的塑性区和隧道开挖及排水(泥)压力差形成的塑性区贯通,才能规避施工及运营过程中潜在的风险。建议采用综合地质预报手段探明溶腔边界、内部充填物特性和分布特征等,根据溶腔的水压、水量,特别是触发隧道溃水的临界距离等参数来确定放水承压岩盘的厚度。分析和验证钻孔泄水(不泄泥)→泄水支洞在高位揭示溶腔→控制爆破低位揭穿溶腔,“高位排水,低位排除填充物”的立体交叉分步降压方案的可行性。     

深埋岩溶富水地层铁路隧道泄水洞设计

深埋岩溶富水地层的隧道设计和施工一直是隧道界的难题,岩溶区隧道不仅在施工存在发生突水、突泥的施工安全风险,运营阶段还可能会产生高水压衬砌开裂、渗水及水沟排水能力不足等长期病害,严重影响铁路隧道运营安全。基于改建铁路阳安线增建第二线田坝村隧道岩溶裂隙水泄水洞工程实例,结合现场揭示地下水的来源及涌水特点和涌水量,对泄水洞平纵位置设置方式进行了方案比选,详细分析了高位泄水洞和低位泄水洞的优缺点,同时对平行泄水洞及横洞段与正洞的位置关系及各部位结构设计进行了优化设计,解决了隧道施工及运营期岩溶水害难题,可为今后同类工程设计提供参考。     

巨型溶洞回填体内桥梁隧道高效施工技术

成贵铁路玉京山隧道穿越一处巨型溶洞,溶洞空腔体积巨大、洞壁不稳定、水文地质条件复杂;隧道穿越溶洞段长约86 m,高悬于溶洞顶板附近,距离溶洞底部堆积物顶面约40～45 m.该溶洞处置方案复杂,施工安全风险高、工期紧.针对溶洞回填体中暗挖隧道和隧道内桥梁部分,通过开展回填体注浆加固、隧道"五台阶设钢管临时横撑法"开挖支护、桥隧"先桥梁支架现浇、后隧道二次衬砌"综合施工等施工技术研究,实现了超大断面暗挖隧道施工安全和桥隧高效施工,取得了良好的工程效果,确保了项目按期建成通车运营.     

竖向小净距隧道施工安全技术研究

在隧道修建工程中,设置泄水洞的一个目的是有效地减小隧道断层段落的富水压力,降低正洞带水作业的施工风险,同时揭露未开挖段的地质情况;另一个目的是防止隧道排水不畅引发冻害,影响运营安全。铁路单线隧道防寒泄水洞一般设置在隧道正下方,泄水洞与正洞在施工过程中相互影响,结合阿尔金山隧道进口泄水洞与正洞施工实例,进行了正洞与泄水洞竖向小净距隧道施工安全技术研究。     

多工艺开挖方法在运营公路隧道泄水洞施工横洞中的应用研究

运营公路隧道突水处理可采用在隧道外侧新建泄水洞的方案,利用泄水洞将地下水“截流”后引排。为加快施工进度,通常利用半幅运营隧道作为施工通道,并在运营隧道内施作施工横洞的方法增加泄水洞开挖断面。如果施工横洞处围岩强度大,机械开挖困难时,需采用钻爆法开挖。但是传统钻爆法开挖会产生强烈的爆破振动,对既有运营隧道安全造成影响。提出一种既有运营公路隧道泄水洞施工横洞分区分段爆破开挖的施工工艺,能够解决在高强度围岩泄水横洞开挖时的功效低、爆破振动大、施工安全风险高的问题。     

岩溶隧道承压隐伏溶洞突水模型试验与数值分析

为研究不同充填水压条件下隐伏溶洞对隧道围岩稳定性的影响,进而揭示溶洞突水致灾机理,利用自主研发的大型三维流固耦合模型试验系统,针对强充填滞后型溶洞突水孕灾模式开展了试验研究,揭示了承压溶洞突水过程位移、应力及渗压的变化规律,综合模型试验与数值计算各自的优势,开展了不同充填水压下(0.4~1.1 MPa)隧道开挖过程流固耦合数值模拟,对模型试验结果进行补充验证。研究结果表明:溶洞影响范围主要集中于一倍洞径范围内,受溶洞影响普通围岩的应力水平及应力释放量均高于隔水岩体,孔隙水压力消散速度较大,位移变化相对平稳;在隧道开挖阶段,随着溶洞充填水压增大,隔水岩体应力释放率越低,渗透压力整体升高,上升梯度逐渐减小,当溶洞水压高于0.8 MPa时,位移出现明显异常;模型试验水压加载阶段真实再现了隔水岩体破裂突涌水过程,研究结果对于岩溶隧道施工过程突水灾害防控具有指导意义。     

复杂条件下地铁车站岩溶处理技术及分析

广州地铁三号线北延段永泰站地层中溶洞、土洞发育较强烈,可在短时间内诱发地面坍塌,对地基的均匀性和稳定性产生不良影响,且溶洞充填物工程性质差,车站原始地基承载力低。因此,采取溶(土)洞详细勘察,对洞高大于2m的溶洞、土洞,先进行吹砂处理,然后采用袖阀管注浆加固;对洞高小于2m的溶洞、土洞,直接采用袖阀管注浆填充。结果表明,对加固地层钻孔取芯及原位标贯试验均满足规范要求,达到预期效果,现已顺利完成该站施工,可为类似工程提供设计和施工借鉴。     

山岭重丘区不良地质隧道施工技术难点分析

针对山岭重丘区不良地质隧道施工问题,以新圆梁山隧道2号高压富水溶洞段隧道为工程背景,研究在岩溶地段发育有高压富水充填溶洞等地质条件下,溶洞段隧道超前预支护以及隧道扩挖施工方法的比选,通过对现场监控量测数据对比分析验证了施工方法的可行性。     

岩溶发育段施工技术

岩溶是一种特殊的地质情况,对隧道施工产生极大的影响,处理起来也十分困难.溶洞可分为未充填型溶洞及充填型溶洞,有单独出现的,也有呈"串珠式"连续出现的.介绍了隧道出现"串珠式"溶洞如何安全组织施工.     

高速铁路隧道溶洞排水及支护综合处理技术

高速铁路隧道溶洞处理中,排水和支护是两个难以统筹兼顾的关键技术问题,文章充分考虑隧道内施工条件、施工安全、工程投资等因素,从区域排水、洞周排水、衬砌排水三个层面,针对巨型溶腔、暗河、岩溶管道、空溶洞、充填溶洞等岩溶形态,提出了既能保证排水通畅,又能确保结构稳定的综合处理技术。     

圆梁山隧道2#溶洞平导施工技术研究

圆梁山隧道是渝怀铁路线上最长的隧道，隧道主要穿越毛坝向斜核部、桐麻岭背斜和冷水河浅埋段，发育有毛坝向斜、桐麻岭背斜及伴生断裂。受地质构造影响，毛坝向斜存在P2w＋c托和P1q＋m两层承压水，据定测深孔钻探表明，承压水压力高达4．42-4．60MPa。根据地质勘探资料及周边环境情况，预估隧道正常涌水量为98000m^3／d，最大涌水量为145000m^3／d。在圆梁山隧道施工中，先后在桐麻岭背斜和毛坝向斜遇到了5个深埋充填型溶洞，溶洞形态各异，充填介质不同，有粉细砂、粉质黏性土和黏土多种，其中，2^#溶洞充填介质为粉细砂层，其施工难度最大。受高压、富水、岩溶等诱导因素影响，施工中多次突发了大规模的涌水、涌砂和涌泥等工程灾害，给工程的安全顺利施工造成了极其严重的影响。针对2^#溶洞平导高压富水粉细砂层地质特点，研究出了由普通水泥单液浆、超细水泥单液浆、普通水泥-水玻璃双液浆、超细水泥-水玻璃双液浆、TGRM单液浆和HSC单液浆组成的注浆材料配套体系，并对2^#溶洞平导施工过程中出现的2次较为被动的后退回填局面以及施工中的注浆设计、注浆参数选择和注浆效果检查评定进行了总结分析，以期对类似工程的设计、施工提供借鉴价值。     

岩溶溶腔侵入拱腰高铁隧道拱盖填充进洞技术研究

高铁隧道在广西等岩溶发育区进行开挖施工时,隐伏溶洞对隧道结构的安全性产生极其重要的影响。文章针对南崇铁路渠那隧道进口施工时出现的岩溶溶腔侵入拱腰的施工方法进行了深入分析,提出了拱盖填充进洞的技术。其工艺流程为:采用物探及钻探的方式明确洞口的隐伏溶洞情况;加固边仰坡形成进洞条件;施工管棚套拱,根据管棚的施工参数反馈进一步确定溶洞的大小范围和填充物;隧道正洞开挖,接近溶洞位置前2m采用弱爆破,开挖进尺调整为1榀钢架纵向间距;清空填充物,封闭溶洞表面;钢架与锚杆、网片及喷射混凝土形成拱盖先行通过;最后正洞施工和溶洞注浆处治同时进行。该施工技术避免了隧道正洞施工与溶洞处治的干扰,具有施工安全性高、施工速度快的优点,可为类似工程提供参考。     

巨型溶洞回填处置与超厚回填体沉降机制研究

黔张常铁路高山隧道施工时揭露一处巨型溶洞,溶洞体量巨大、发育复杂、围岩稳定性差且落石风险高,隧道穿越距离长(影响区总长145 m),悬空高度大(隧道底板下净空30～55 m),施工处置难度高;通过综合比选,采用了"洞砟回填+上部注浆"的综合处置方案。针对超厚回填体可能产生的沉降问题,采用现场监测、数值模拟和理论分析的方法,对回填体静载作用下和动载作用下的沉降规律进行综合研究。施工期表层沉降和分层沉降监测表明,超厚回填体表层沉降主要受回填洞砟自身重力及上部新增结构荷载的影响,沉降收敛速度快,沉降主要来源于下部未注浆回填体和溶洞底部堆积体的表层部分。通过有限元软件建立三维数值仿真模型,模拟列车动载作用对超厚回填体的影响,分析表明有砟轨道和3 m厚钢筋混凝土路基板大幅降低了列车动应力向下部回填体的传递,再经过回填体上部注浆层阻断,回填体未注浆层基本不受列车动载影响,即列车动荷载不会造成回填体新增沉降量。工程实践表明黔,张常铁路高山隧道巨型溶洞回填处置可靠,工后沉降可控,满足设计要求,可为其他类似工程提供参考。     

隧道施工对近距离重叠盾构影响研究

结合深圳地铁3号线工程,采用数值模拟计算方法,研究近距离重叠盾构隧道施工的相互影响。考虑"先上洞,后下洞"和"先下洞,后上洞"两种施工顺序,重点分析后建隧道施工对地表沉降的影响程度,对已建隧道周围围岩位移的影响程度。通过对比分析可出结论,采用先下后上的施工顺序,后建隧道的施工对地表沉降和已建隧道的二次扰动更小。     

高压富水弱胶结砾岩隧道施工降水方案优化

在山岭隧道建设中,高水压和软地层的叠加,往往使得施工难度和安全风险大大增加.通常会采用泄水洞或迂回导坑等方式超前排水辅助施工,泄水洞同时也可兼作运营期间的排水通道,但这会加大工程投资.通过某重载铁路隧道施工降水方案的研究,采用数值模拟手段分析了隧道开挖掌子面自然排水效果,对泄水洞辅助施工的方案进行了优化,大大节约了工程...     

地铁车站PBA法导洞施工诱发地表沉降规律研究

以长春地区土岩复合地层条件下地铁自由大路车站工程为依托,对地铁车站PBA法导洞施工引起地表沉降规律进行了分析。研究结果表明:(1)车站主体双层暗挖导洞施工引起的地表累计沉降量占车站施工最终沉降量的一半以上,约53.46%,地表沉降槽曲线为“单峰”形态,横向影响范围约50 m左右。(2)导洞施工诱发地表沉降分为初期沉降、快速沉降及沉降收敛3个阶段,初期阶段沉降4 mm左右,占14.81%,快速阶段沉降20 mm左右,占74.07%,收敛阶段沉降3 mm左右,占11.11%,隧道施工过程须重点监测掌子面靠近监测断面6 m与远离监测断面15 m的施工段。(3)开挖顺序与开挖进尺对地表沉降影响较大,选择先上后下,先边洞后中洞的开挖顺序最为合适,开挖进尺控制在0.1L~0.14L (L 为洞跨)为宜。     

地铁区间平行隧道开挖面距离对地表沉降影响研究

以兰州地铁区间隧道为工程背景,用GTS-NX软件对施工过程进行数值模拟,分析了双孔平行隧道开挖对地表沉降的影响。结果表明:纵向监测点竖向位移分为四个变化阶段,左洞超前右洞15 m时,横向监测点竖向位移分布不是沿两隧道中线呈对称分布,对施工中如何去控制地表沉降具有参考意义。     

富水地层中重叠隧道施工引起土体变形研究

重叠隧道施工易产生隧道结构不稳定和地层变形等问题。重叠隧道富水地层施工时,土层开挖应力释放和地下水渗流共同作用使得地层和隧道变形问题显得更加突出,增加了施工难度。以深圳地铁5号线重叠隧道为背景,采用数值方法研究了开挖应力释放和渗流作用在重叠隧道施工不同阶段对隧道结构和土层变形的影响,得到富水地层重叠隧道施工土层变形规律,同时提出了控制地层变形措施。重叠隧道下洞施工时,采用设置超前注浆支护能有效控制开挖应力释放引起拱顶沉降,开挖完成后隧道拱顶在渗流作用下沉降稳定,而隧道上覆土层因失水固结产生较大工后沉降,同时地表沉降槽深度和半径在渗流作用下不断增大;为避免下洞隧道在渗流作用引起上洞隧道整体沉降,上洞在下洞施工引起土体变形稳定后进行施工。上洞开挖应力释放引起较大地层沉降,开挖应力释放引起较大地层沉降,渗流因素引起地层工后变形较小,地表沉降槽深度迅速增大而影响半径保持稳定。     

圆梁山隧道2#溶洞注浆技术研究

圆梁山隧道全长11068 m,是渝怀线上最长的铁路隧道,主要穿越毛坝向斜、冷水河浅埋段及桐麻岭背斜,地层以泥岩、灰岩和白云岩为主.设计毛坝向斜隧道最大涌水量为8.3×104m3/d,最大水压为4.6MPa,隧道穿越的2#溶洞为高压、富水、深埋、粉细砂充填性溶洞,施工过程中,突水、涌砂十分严重,造成开挖面多次被淹,施工十分困难.主要介绍了2#溶洞突水、涌砂、涌泥情况,研究了相应的注浆方案、材料、工艺和注浆机械设备配套方式.